1 乘万物如不乘
幂是一个数值自乘若干次的形式,乘方的结果叫做幂
指数表示一个数值的特定次方
(指数幂 是指数上的指数,表示这个未知数的指数相乘几次。其实就是自乘之后的指数,也就是是说指数幂最终是作为指数来被看待的,本文不涉及)
底数(英语:radix 或 base,通常简称为底),又称基数
注意两个事情:
幂,是一个数自乘n次后的结果
也就是说,幂是关于同一个数变化了多少次的故事
是个独角戏,没有其他演员
指数,就代表着底数它参与了几次和 1 相乘的乘法,也就是有几个底数相乘。
指数就是参与乘法的底数的个数
例如:
10¹ = 1 个 10 参与乘法= 10 x 1
10² = 2 个 10 参与乘法= 10 x 10 x 1
10³ = 3 个 10 参与乘法= 10 x 10 x 10 x 1
这里为什么要带上 1,这是因为任何的乘法式子都可以表示成这个式子乘以 1,就像上面的三个10相乘的例子,而这个 1 对于我们接下来对于指数的理解至关重要。
Prelude
有一个神奇的乘法式子
x 1
它的结果是
1
好了,开始哔哔
我们还是从底为 10 的例子看:
10 ³ = 3 个 10 参与乘法= 10 x 10 x 10 x 1
10 ² = 2 个 10 参与乘法= 10 x 10 x 1
10 ¹ = 1 个 10 参与乘法= 10 x 1
可以看出随着10的指数在变小,其幂值也在变小,
而且是规整的以10的倍数在收敛。
所以我们可以预测一下:
10 ⁰ 比 10 ¹ 指数小1,所以其幂值应该比10 ¹ 小10倍,即
10 ¹ ÷ 10
=10 ÷ 10
= 1
10 ⁰ = 1
推理是这么个过程,接下来我们来从人类(非AI)的思维方式证明一下
10 ³ = 3 个 10 参与乘法= 10 x 10 x 10 x 1
x 1 这个乘法式子在其左边预留了一个位置给来出席乘法式子的宾客。
这里的宾客是
:10 x 10 x 10
有 3 个 10 出席了乘法运算
对乘法式子 x 1 产生了影响
因此影响了乘法运算的结果
结果为 1000
10 ² = 2 个 10 参与乘法= 10 x 10 x 1
x 1 这个乘法式子在其左边预留了一个位置给来出席乘法式子的宾客。
这里的宾客是
:10 x 10
有 2 个 10 出席了乘法运算
对乘法式子 x 1 产生了影响
影响到了运算结果为
100
10 ¹ = 1 个 10 参与乘法= 10 x 1
x 1 这个乘法式子在其左边预留了一个位置给来出席乘法式子的宾客。
这里的宾客是
:10
有 1 个 10 出席了乘法运算
对乘法式子 x 1 产生了影响
影响的结果是
10
至此,应该有
10 ⁰ = 0 个 10 参与乘法= x 1
x 1 这个乘法式子在其左边预留了一个位置给来出席乘法式子的宾客。
这里的宾客是
10 没来
即没有 10 出席乘法运算
所以没有对乘法式子 x 1 产生影响
所以乘法式子 x 1 的结果是
1
:所以 10 ⁰ =1
注意这里是理解的难点,0 个 10 参与乘法运算,也就是没有 10 去出席参与和 1 的乘法运算,既然没有参与就不应该影响 x 1 的乘法运算结果,所以
x 1 的结果还是
1
也就是说 x 1 本身就是一个乘法运算式子,这个式子欢迎10来出席 x 1 的这个乘法运算,你来多少个 10 都欢迎,热情好客的x 1 乘法运算在其左边给来出席的宾客预留的位置。
但宾客没来,虽然没来,但那个给宾客预留的位置却仍旧还在那里,只是空着而已,请注意空着和0是完完全全的两回事。
这个概念在编程领域是很容易被认可的,
空是 null
而
0 就是 0
0是0,空是空
也可以从数学的角度来看待0,0虽然是表示没有,但0是有身份的,
x 1 给宾客预留的位子空着和
0以自己的身份来参加乘法式子
可是完全不同的状况。
所以说 0 个 10 虽然可以理解成是 0,但是0 个 10 和 10⁰ 可不是一个东西。10⁰ 表示 10它没有出席与 x 1 的乘法算式的运算,所以它不能影响x 1 这个乘法运算式子的结果。
所以,10⁰ x 1= 1
而 0 可是一个实实在在的一个数,
空着 和 放个 0 可是完全不同的两个事情
10 ⁰ 不等于 0
总结:
任何数都可以写成与 1 相乘的形式,
所以
10 ¹ 就是 10 ¹ x 1
= 10 x 1
= 10
是说有一个10 出席了 x 1 的乘法算式运算,所以会改变 x 1 的结果,即 x 1 后结果为10.
10⁰ 就是 10⁰ x 1
= x 1
= 1
是说没有 10 出席 x 1 的乘法运算,所以不会改变 x 1 的乘法运算的结果(没有出席表示着是空着的,和上面放个 0 可是截然不同的),
即 x 1 的结果是 1
x 1 给客人预留的位置是空的,NULL,
预留的位置上有个 0 和 预留的位置上是空着的,可是完完全全的两回事情,
这里一定要拎清
null 和 0 是两个概念、两个事情
至此我们证明了 10 ⁰ = 1
现在,我们根据 10 ⁰ = 1 这个已证的结论,继续讨论负次方的理解
来看
10 ³ = 3 个 10 参与乘法= 10 x 10 x 10 x 1
10 ² = 2 个 10 参与乘法= 10 x 10 x 1
10 ¹ = 1 个 10 参与乘法= 10 x 1
10 ⁰ = 0 个 10 参与乘法= x 1
有一个绝对值以步长为10的递减规律
所以我们可以大胆的猜测
10⁻¹ 一定小于 1
并且其值满足步长为10的递减规律
应该等于
1 ÷ 10
= 0.1
这只是一个猜测,但其一定是小于1没跑了,至于具体的值,和这个值是否小于0,咱们再接着看。
好,精彩的地方来了,
10⁻¹ 应该怎么理解才好呢,才能打败救助AI后给的答案呢。
文章开头就提出了几个概念
`指数`,就代表着底数它参与了几次`和 1 相乘的乘法`,
也就是有几个底数相乘。
`指数`就是参与乘法的底数的`个数`
指数就是个数
10 ⁰ 是一个 10 都没有,空的
10 ¹ 是有一个 10
那么
10⁻¹ 是欠了一个 10
注意,这里的欠了一个 10,是参与的和 1 的乘法,
所以,要补上这个 10,同样是要通过乘法来补足,
那么补多少呢?
因为,10⁻¹ 是欠了一个 10在与 x 1的乘法式子中
所以,就应该补一个 10,即 10 ¹
这样 10⁻¹ x 10 ¹ = 10 ⁻¹⁺¹⁼⁰ = 10 ⁰ = 1
上一段我们通过等步长递减的规律发现了10⁻¹ 是小于10 ⁰,即 10⁻¹ 小于 1,所以我们补上一个10 ¹之后(注意是通过乘法补足),乘法式子就变成了
10⁻¹ x 10 ¹ x 1= 10 ⁰ x 1 = 1 x 1 = 1
因此,这个欠了的一个10 ,即10⁻¹ 它一定不是负数(小于零),because 如果 10⁻¹ 是负数,那么当它乘以 10之后就一定还是一个负数,而在乘法式子中,欠了一个10(即10⁻¹)后再补上一个10(即10 ¹),就等于 10⁻¹ x 10 ¹,就等于 10 ⁰ 即 等于1
所以说,10⁻¹ 是一个介于0和1之间的一个小数。
一定要注意,欠的这个10,它是要参与乘法运算的,而不是做加法运算,
那么欠了一个10的因子其数值应该是多少呢?
:乘法算式中两个相乘的数叫做因数,其运算结果称为积
加法算式中的成员叫做加数,
10 ¹ 是有一个 10
10 ⁰ 是没有一个 10
10⁻¹ 是欠了一个 10
从哪里欠的,是从 10 ⁰ 这儿欠了一个10,
所以,当我们补上一个10后,就应该回到 10 ⁰ ,
也就是是说 10⁻¹ x 10 ¹ 应该等于 10 ⁰
这就是负次方的理解。
补充:
指数是代数中强大的数学工具,用于表示一个数自身重复相乘。这种机制简化了对大数字的记法和计算,并构成了许多数学和科学运算的基础
指数的概念可以追溯到古埃及人和巴比伦人,他们使用类似的方法进行复杂的数学运算
指数的正式记法和规则是在 17 世纪由笛卡尔等数学家提出的,他们引入了幂的上角标记法
指数的基本公式:
X ⁿ =Y
X 是底数,
nn 是指数,
YY 是 XX 的 nn 次方结果。
根据底数和指数计算幂: 给定 X=5 和 n=3,
5 ³ =5×5×5=125
根据底数和结果计算指数: 给定 X=8 和 Y=64,
n=log₈(64)=2
物理、工程和金融被用来表示指数增长或衰减、复利
科学记数法中数量的缩放
指数表示一个数(即底数)自身乘以自身的次数